化學第五版第10章

第10章吸光光度法10.1概述10.2吸光光度法基本原理10.3分光光度計10.4顯色反應及影響因素10.5光度分析法的設計10.6吸光光度法的誤差10.7常用的吸光光度法10.8吸光光度法的應用吸收光譜發(fā)射光譜散射光譜分子光譜原子光譜原子吸收光譜是由原子（而不是分子）外層電子選擇性地吸收某些波長的電磁波而引起的。分子吸收光譜是分子軌道中外層電子吸收某一波長范圍的能量而引起的，通常吸收的是紫外及可見光部分。這種價電子躍遷而產(chǎn)生的分子光譜又稱為電子光譜。Cu2+KMnO4Ni2+Fe3+通過比較溶液顏色深淺而求得其濃度的分析方法稱為比色分析法比色分析的基本依據(jù)是有色物質(zhì)對光的選擇性吸收作用。10.1概述吸光光度法：分子光譜分析法的一種，又稱分光光度法，屬于分子吸收光譜分析方法基于外層電子躍遷10.2吸光光度法基本原理1

吸收光譜產(chǎn)生的原因光:一種電磁波,波粒二象性

光譜名稱波長范圍X射線0.1~10nm遠紫外光10~200nm近紫外光200~400nm可見光400~750nm近紅外光0.75~2.5um中紅外光2.5~5.0um遠紅外光5.0~1000um微波0.1~100cm無線電波1～1000m當光子的能量與分子的能量差E匹配時，就會吸收光子

E=hu=hc/l物質(zhì)的顏色吸收光

顏色波長范圍(l,nm)黃綠黃橙紅紫紅紫藍綠藍藍綠紫藍綠藍藍綠綠黃綠黃橙紅400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-7502

物質(zhì)顏色和其吸收光關系互補色可見光的顏色與波長紫外青綠黃橙

紅外紫

藍紅4004504805005606006507503物質(zhì)對光的選擇性吸收人眼能感覺到的光的波長大約在400—750nm范圍,稱為可見光紫

藍紅青(藍綠)綠黃橙

綠藍若兩種不同顏色的單色光按一定的強度比例混合得到白光，那么就稱這兩種單色光為互補色光，這種現(xiàn)象稱為光的互補。白光4朗伯-比爾定律光吸收定律－朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律吸光光度法的理論依據(jù)，研究光吸收的最基本定律I0=Ir+It+IaI0=It+IaI0IrItIa

T=It/I0,T:透射比或透光度

A=lg(I0/It)＝lg(1/T),A:吸光度朗伯定律（1760年）：光吸收與溶液層厚度成正比比爾定律（1852年）：光吸收與溶液濃度成正比

當一束平行單色光垂直照射到樣品溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度及光程（溶液的厚度）成正比關系－－－朗伯比爾定律－－－光吸收定律數(shù)學表達：A＝lg(1/T)=Kbc其中，A:吸光度，T:透射比，

K:比例常數(shù)，b:溶液厚度，c:溶液濃度注意：平行單色光均相介質(zhì)無反射、散射或光化學反應靈敏度表示方法摩爾吸光系數(shù)eA=e

bcA=Kbcc:mol/Le

表示物質(zhì)的濃度為1mol/L,液層厚度為1cm時溶液的吸光度。單位：

(L?mol-1?cm-1)c:g/LA=abca:吸光系數(shù)桑德爾(Sandell)靈敏度：S

當儀器檢測吸光度為0.001時，單位截面積光程內(nèi)所能檢測到的吸光物質(zhì)的最低含量。單位：mg/cm2

S=M/e

例已知含鐵(Fe2+)濃度為1.0ug/ml的溶液,用鄰二氮菲光度法測定鐵,吸收池厚度為2厘米,在510nm處測得A=0.38

計算摩爾吸光系數(shù)和桑德爾靈敏度。

1.0×10-3/55.85=1.8×10-5mol/L=0.38/（2×1.8×10-5

）=1.1×104L/mol·cm

S=M/S=55.85/1.1×104=0.005ug/cm2C=

=A/bc解已知A=0.38b=2cm吸光度的加和性A1=e1bc1A2=e2bc2A

=e1bc1+e2bc2

根據(jù)吸光度的加和性可以進行多組分的測定以及某些化學反應平衡常數(shù)的測定在某一波長，溶液中含有對該波長的光產(chǎn)生吸收的多種物質(zhì)，那么溶液的總吸光度等于溶液中各個吸光物質(zhì)的吸光度之和1分光光度計的組成光源單色器樣品池檢測器讀出系統(tǒng)10.3分光光度計及吸收光譜常用光源光源波長范圍(nm)適用于氫燈185~375紫外氘燈185~400紫外鎢燈320~2500可見，近紅外鹵鎢燈250~2000紫外，可見，近紅外氙燈180~1000紫外、可見（熒光）能斯特燈1000~3500紅外空心陰極燈特有原子光譜激光光源特有各種譜學手段單色器作用:產(chǎn)生單色光常用的單色器：棱鏡和光柵濾光片目前普遍使用的是國產(chǎn)型光電比色計，有三種配套的濾光片（紅色650，綠色530，藍色440）棱鏡

光柵1000條/mm樣品池（比色皿）

厚度(光程):0.5,1,2,3,5…cm

材質(zhì)：玻璃比色皿－－可見光區(qū)石英比色皿－－可見、紫外光區(qū)檢測器

作用：接收透射光，并將光信號轉化為電信號常用檢測器：光電管光電倍增管光二極管陣列光電管分為紅敏和紫敏，陰極表面涂銀和氧化銫為紅敏，適用625－1000nm波長；陰極表面涂銻和銫為紫敏，適用200－625nm波長目視比色法—比色管光電比色法—光電比色計

光源、濾光片、比色池、硒光電池、檢流計分光光度法與分光光度計C1C2C3C4C5Cx吸收光譜曲線：物質(zhì)在不同波長下吸收光的強度大小

A～l關系最大吸收波長lmax：光吸收最大處的波長lmax對比度(Δl):絡合物最大吸收波長(lMRmax)與試劑最大吸收波(lRmax)之差Δl2吸收光譜KMnO4溶液的吸收曲線

(cKMnO4:a<b<c<d)

測量方法：固定某一溶液的濃度C和液層厚度b測量不同λ下的AC不同，峰值A不同，但峰的位置不變解釋：

分子能級量子化△E=E激-E基=hv

→吸收能量為hv的照射光子不同物質(zhì)—結構不同—能級不同—△E不同→對光的吸收具有選擇性應用：初步定性分析：不同物質(zhì)吸收曲線的形狀及最大吸收波長不同。定量分析：同一物質(zhì)的吸收曲線形狀相同；

A隨C↑而增大吸收曲線是選擇測定波長的主要依據(jù)10.4顯色反應及影響因素要求：a.選擇性好b.靈敏度高(ε>104)c.產(chǎn)物的化學組成穩(wěn)定d.化學性質(zhì)穩(wěn)定e.反應物和產(chǎn)物有明顯的顏色差別(對比度l>60nm)沒有顏色的化合物，需要通過適當?shù)姆磻可捎猩衔镌贉y定－－顯色反應1顯色反應絡合反應氧化還原反應2顯色反應類型離子締合反應成鹽反應3顯色劑無機顯色劑:

過氧化氫，硫氰酸銨，碘化鉀有機顯色劑：偶氮類：偶氮胂III三苯甲烷類三苯甲烷酸性染料鉻天青S-Al3+

三苯甲烷堿性染料結晶紫-TI3+

鄰菲羅啉類：新亞銅靈肟類：丁二酮肟-Ni2+

4多元絡合物混配化合物

Nb-5-Br-PADAP-酒石酸

V-PAR-H2O離子締合物

AuCl4--羅丹明B金屬離子-配體-表面活性劑體系

Mo-水楊基熒光酮-CTMAB5影響因素a溶液酸度（pH值及緩沖溶液）影響顯色劑的平衡濃度及顏色，改變Δl

影響待測離子的存在狀態(tài)，防止沉淀影響絡合物組成—配比不同形式pHλmax(nm)形式pHλmax(nm)H4L+1.2462-465Sn4+1.0530H3L4.8-5.2462,490Ga3+5.0550H2L-8.4-9.0512HL2-11.4-12.0532-538pH對苯芴酮及其絡合物的顏色影響b顯色劑的用量稍過量，處于平臺區(qū)c顯色反應時間針對不同顯色反應確定顯示時間顯色反應快且穩(wěn)定；顯色反應快但不穩(wěn)定；顯色反應慢，穩(wěn)定需時間；顯色反應慢但不穩(wěn)定d顯色反應溫度加熱可加快反應速度，導致顯色劑或產(chǎn)物分解e溶劑f干擾離子

有機溶劑，降低有色化合物的解離度，提高靈敏度；提高顯色反應速率消除辦法：提高酸度，加入隱蔽劑，改變價態(tài)選擇合適參比

褪色空白(鉻天青S測Al，氟化銨褪色，消除鋯、鎳、鈷干擾)

選擇適當波長10.5光度分析法的設計1.選擇顯色反應2.選擇顯色劑3.優(yōu)化顯色反應條件4.選擇檢測波長5.選擇合適的濃度6.選擇參比溶液7.建立標準曲線測量條件選擇1測定波長選擇選擇原則：“吸收最大，干擾最小”靈敏度選擇性2測定濃度控制控制濃度吸光度A：0.2～0.8減少測量誤差吸光度A=0.4343參比溶液選擇儀器調(diào)零消除吸收池壁和溶劑對入射光的反射和吸收扣除干擾試劑空白(顯色劑有顏色，不加試樣溶液)試樣空白（顯色劑無色，被測試液有其他有色離子）褪色空白（加掩蔽劑-被測組分）4標準曲線制作理論基礎：朗伯-比爾定律相同條件下測定不同濃度標準溶液的吸光度AA～c作圖10.6吸光光度法的誤差非單色光引起的偏移（物質(zhì)對不同波長光的吸收程度不同）物理化學因素：非均勻介質(zhì)及化學反應吸光度測量的誤差

對朗伯-比爾定律的偏移1非單色光引起的偏移復合光由l1和l2組成，對于濃度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一樣，濃度大，復合光引起的誤差大，故在高濃度時線性關系向下彎曲。非均勻介質(zhì)

膠體，懸浮、乳濁等對光產(chǎn)生散射，使實測吸光度增加，導致線性關系上彎2物理化學因素離解、締合、異構等如：Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H++2CrO42-化學反應吸光度標尺刻度不均勻3吸光度測量的誤差A＝0.434

，T＝36.8%

時，測量的相對誤差最小A=0.2~0.8,T=15~65%，相對誤差<4%

dc/c=dA/A=dT/TlnTEr=dc/c×100％=dA/A×100％=dT/TlnT×100％1.示差吸光光度法目的：提高光度分析的準確度和精密度解決高(低)濃度組分(i.e.A在0.2~0.8以外)問題分類：高吸光度差示法、低吸光度差示法、 精密差示吸光度法特點：以標準溶液作空白原理：A相對

=A=bcx-bc0=bc準確度：讀數(shù)標尺擴展,相對誤差減少,

c0愈接近cx,準確度提高愈顯著10.7常用的吸光光度法例：硫脲還原－硫氰酸鹽比色法測定鋼鐵中的鉬。酸溶，硫酸－高氯酸介質(zhì)中，硫脲還原鐵（III）為鐵(II),除干擾，還原鉬（VI）為五價，2.00mg/100ml的鉬標準溶液為參比溶液，用2.00-2.30mg/100ml的鉬標準溶液，繪制工作曲線和測定樣品溶液的吸光度,480nm測定A。2.雙波長吸光光度法目的：解決渾濁樣品光度分析消除背景吸收的干擾多組分同時檢測原理：

A=Al1-Al2=（l1-l2）bc

選l1為參比波長,l2為測量波長得Al1=xl1bcx+

yl1bcyAl2=

xl2bcx+

yl2bcyΔA=Al2-Al1=(

xλ2bcx+

yl2bcy)-(

xl1bcx+

yl1bcy)在等吸光度的位置(G,F),

yl2＝

yl1，則上式成為

ΔA=(

xl2-

xl1）bcxΔA與cx成正比,可用于測定例,苯酚與2,4,6-三氯苯酚(y)混合物中苯酚(x)的雙波長分光光度法測定。3.導數(shù)吸光光度法

目的：提高分辨率去除背景干擾

原理：dnA/dln~l

10.8吸光光度法的應用1測定弱酸和弱堿的解離常數(shù)

AHB和AB-分別為有機弱酸HB在強酸和強堿性時的吸光度，它們此時分別全部以[HB]或[B-]形式存在。HB＝H++B-[H+][B-]Ka

=[HB]pKa=pH+lg

[HB][B-]A=AHB+AB-pKa=pH-lg

AHB

-AA-AB-lg

AHB

-AA-AB-對pH作圖即可求得pKa

2絡合物組成確定

飽和法（摩爾比法）制備一系列含釕3.0×10-5mol/L(固定不變)和不同濃度（小于12.0×10-5mol/L）的PDT溶液，按實驗條件，485nm測定吸光度,作圖。PDT:Ru=2:1等摩爾連續(xù)變化法固定[M]+[L],改變[M],獲得一系列吸光度值，吸光度最大的值所對應的[M]與[L]的比值，即獲得M:L比值。Co(III)與3，5－二氯－PADAT的比值為1:2正5—〔(3、5—二氯—2—吡啶)偶氮〕—2,4—二氨基甲苯平衡移動法固定[M],不斷改變[L]，以lg[MLn]/[M]為縱坐標，lg[L]為橫坐標，作圖，斜率n即是絡合物中L:M的比值；縱軸上的截距l(xiāng)gK是絡合物的穩(wěn)定常數(shù)。lgK+nlg[L]=lg([MLn]/[M])[MLn]K

=[M][L]nlgK+nlg[L]=lgA/(Amax-A)3分析應用

痕量金屬分析臨床分析食品分析稀土金屬中鐵的測定

Nd加HCl,H2O2分解移入容量瓶分取一定體積至比色管加鹽酸羥胺、磺基水楊酸顯色氨水調(diào)pH至溶液由紫變黃，再過量4mL以水定容比色。本方法測定范圍（質(zhì)量分數(shù)）：0.005%～0.50%。注:在pH8～11氨性溶液中,三價鐵與磺基水楊酸生成穩(wěn)定的黃色絡合物,最大吸收波長425nm左右,顏色強度與鐵的含量成正比。Fe3+在不同的pH下可以與磺基水楊酸形成不同組成和顏色的幾種絡合物。在pH1.8～2.5的溶液中,形成紅紫色的[Fe(SSal)]+；在pH值4～8的溶液中,形成褐色的[Fe(SSal)2]-；pH8～11.5的氨性溶液中,形成黃色的[Fe(SSal)3]3-；若pH>12,則不能形成絡合物而生成氫氧化鐵沉淀。

本部分適用于稀土金屬及其氧化物中鐵含量的測定。測定范圍（質(zhì)量分數(shù)）：0.0001%～0.0050%。原理:試樣